Память на линиях задержки

Поделись знанием:
Перейти к: навигация, поиск
Типы компьютерной памяти
Энергозависимая
Энергонезависимая

Память на линиях задержки — разновидность компьютерной памяти, использовавшаяся в ранних цифровых компьютерах, например EDSAC и ACE.

Основная идея линий задержки возникла в ходе разработки радаров во время Второй мировой войны, а именно для сокращения помех от отражения от земли и неподвижных объектов. Радары того времени использовали периодические импульсы радиоволн, отражённые радиоволны принимались и усиливались для отображения на экране. Чтобы убрать неподвижные объекты с экрана радара, отражённый сигнал разделяли на два, один из которых использовался непосредственно, а второй задерживался. В электрической схеме из нового сигнала вычитался задержанный сигнал предыдущего цикла. (Нормальный сигнал складывался с задержанным инверсным.) В результирующем сигнале оставались только изменения между двумя сигналами и он выводился на экран. Таким образом на экране отображались только подвижные объекты.

До использования линий задержки в качестве цифровых запоминающих устройств первые подобные системы с линиями задержки состояли из наполненных ртутью трубок с пьезокристаллическим преобразователем на концах (аналоги динамика и микрофона, на передающих и приёмных концах соответственно). Сигналы от радарного усилителя посылались на пьезокристалл в одном конце трубки, и тот, получая импульс, генерировал небольшое колебание ртути. Колебание быстро передавалось на другой конец трубки, где другой пьезокристалл его инвертировал и передавал на экран. Было необходимо точное механическое согласование для обеспечения подбираемого времени задержки между импульсами, которое специфично для каждого использовавшегося радара.

Ртуть использовалась потому, что её удельное акустическое сопротивление почти равно акустическому сопротивлению пьезокристаллов. Это минимизировало энергетические потери, происходящие при передаче сигнала от кристалла ко ртути и обратно. Высокая скорость звука во ртути (1450 м/с) позволяла уменьшить время ожидания импульса, прибывающего на принимающий конец, по сравнению со временем ожидания в другой, более медленной среде передачи (например, воздухе), но это также означало и то, что конечное число импульсов, которые можно сохранить в приемлемом количестве ртутных трубок, было ограничено. Другими отрицательными сторонами применения ртути были её вес, цена и токсичность. Более того, для того чтобы добиться согласования акустических сопротивлений настолько, насколько это возможно, ртуть надо содержать при температуре в 40 °C, что делает обслуживание ртутных трубок жаркой и некомфортной работой.

Для применения в компьютерах временные интервалы также были критичными, но по другой причине. Все традиционные компьютеры имели естественную длительность цикла памяти, необходимую для выполнения операций, начало и окончание которых обычно заключается в чтении памяти и записи в неё же. Таким образом, линии задержки надо было синхронизировать так, чтобы импульсы поступали на приёмник именно в тот момент, когда компьютер был готов считать их. Обычно в линиях задержки перемещалось множество импульсов одновременно, и компьютеру для нахождения искомого одиночного бита приходилось отсчитывать импульсы, сравнивая их с синхроимпульсами.

Изобретённая Джоном Преспером Экертом для компьютера EDVAC и использовавшаяся в UNIVAC I ртутная линия задержки добавила повторитель на принимающем конце ртутной линии задержки для посылки выходного сигнала обратно на вход. В этом случае импульс, посланный в систему, продолжал циркулировать до тех пор, пока было электропитание.

Чтобы поддерживать в линии задержки сигнал без помех, требовалось значительное количество инженерных усилий. Для генерирования очень узкой акустической волны, которая не касалась бы стенок трубки, использовались многочисленные преобразователи. Также необходимо было заботиться об устранении отражения сигнала от противоположного конца трубки. Так как волна была узкой, была необходима значительная настройка прибора с тем, чтобы пьезокристаллы находились точно друг напротив друга. В связи с тем, что скорость звука менялась при изменении температуры (из-за зависимости плотности от температуры), трубки находились в термостатах, чтобы их температура была постоянной. Вместо этого, для достижения такого же эффекта, другие системы для соответствия окружающей температуре регулировали тактовую частоту компьютера.

EDSAC, первая действительно работающая цифровая вычислительная машина с хранимой в памяти программой, производила операции с 512-ю 35-битным словами памяти, хранившимися в 32 линиях задержки, каждая из которых удерживала 576 бит (36-й бит добавлялся к каждому слову в качестве стартового/стопового). В UNIVAC 1 схема отчасти была упрощена, каждая трубка хранила 120 бит и требовалось 7 больших блоков памяти с 18-ю трубками каждый для создания хранилища памяти на 1000 слов. Объединённые вместе с усилителями и вспомогательными схемами они составляли подсистему памяти и занимали целую отдельную комнату. Среднее время доступа к памяти составляло около 222 мкс, что было значительно быстрее, чем в механических системах использовавшихся в более ранних компьютерах.

Более поздний вариант линий задержки использовал в качестве хранителя информации металлическую проволоку c магнитострикционными преобразователями. Маленькие кусочки магнитострикционного материала, обычно никеля, прикреплялись с каждой стороны одного из концов проволоки, находящейся внутри электромагнита. Когда биты из компьютера передавались на магнит, никель сжимался или расширялся и закручивал конец проволоки. Получившаяся волна кручения двигалась по проволоке так же, как звуковая волна двигалась по трубке со ртутью.

Однако, в отличие от сжимающей волны, волна кручения была значительно более стойкой к проблемам, связанным с механическими дефектами, настолько, что проволока сматывалась в катушку и прикреплялась к доске. Благодаря способности скручиваться, системы на основе проволоки могли иметь такую длину, какая была необходима, и способствовали сохранению значительно большего количества данных на одном элементе. 1000 запоминающих элементов обычно умещались на доске площадью в 1 квадратный фут (0,093 м²). Правда, это также означает, что время необходимое для поиска каждого отдельного бита было немного больше из-за перемещения по проволоке, и время доступа в среднем составляло порядка 500 мкс.

Память на линиях задержки была гораздо менее дорогостоящей и гораздо более надёжной, чем триггеры из вакуумных ламп, и более быстрой, чем реле с самоудержанием (реле-защёлки). Она использовалась до конца 1960-х годов, особенно в британских коммерческих компьютерах LEO I, различных компьютерах компании Ferranti и в настольном программируемом калькуляторе Olivetti Programma 101, выпущенном в 1965 году. Компактные безртутные проволочные магнитострикционные линии задержки устанавливали в электронные клавишные вычислительные машины (ЭКВМ) серии «Искра», а также «Электроника-155».

Напишите отзыв о статье "Память на линиях задержки"



Ссылки

  • [www-db.stanford.edu/pub/voy/museum/pictures/display/2-1.htm Память на акустических линиях задержки] — изображение памяти на основе проволочной линии задержки в компьютере Ferranti
  • [www.science.uva.nl/faculteit/museum/delayline.html Память на линиях задержки] — диаграмма магнистострикционного преобразователя
  • [patft.uspto.gov/netacgi/nph-Parser?patentnumber=2629827 Патент США № 2629827] за изобретение «Системы памяти» компании Eckert-Mauchly Computer Corporation; заявка подана в октябре 1947 года, патент выдан в феврале 1953 года.

Отрывок, характеризующий Память на линиях задержки

Борис еще раз учтиво поклонился.
– Верьте, князь, что сердце матери никогда не забудет того, что вы сделали для нас.
– Я рад, что мог сделать вам приятное, любезная моя Анна Михайловна, – сказал князь Василий, оправляя жабо и в жесте и голосе проявляя здесь, в Москве, перед покровительствуемою Анною Михайловной еще гораздо большую важность, чем в Петербурге, на вечере у Annette Шерер.
– Старайтесь служить хорошо и быть достойным, – прибавил он, строго обращаясь к Борису. – Я рад… Вы здесь в отпуску? – продиктовал он своим бесстрастным тоном.
– Жду приказа, ваше сиятельство, чтоб отправиться по новому назначению, – отвечал Борис, не выказывая ни досады за резкий тон князя, ни желания вступить в разговор, но так спокойно и почтительно, что князь пристально поглядел на него.
– Вы живете с матушкой?
– Я живу у графини Ростовой, – сказал Борис, опять прибавив: – ваше сиятельство.
– Это тот Илья Ростов, который женился на Nathalie Шиншиной, – сказала Анна Михайловна.
– Знаю, знаю, – сказал князь Василий своим монотонным голосом. – Je n'ai jamais pu concevoir, comment Nathalieie s'est decidee a epouser cet ours mal – leche l Un personnage completement stupide et ridicule.Et joueur a ce qu'on dit. [Я никогда не мог понять, как Натали решилась выйти замуж за этого грязного медведя. Совершенно глупая и смешная особа. К тому же игрок, говорят.]
– Mais tres brave homme, mon prince, [Но добрый человек, князь,] – заметила Анна Михайловна, трогательно улыбаясь, как будто и она знала, что граф Ростов заслуживал такого мнения, но просила пожалеть бедного старика. – Что говорят доктора? – спросила княгиня, помолчав немного и опять выражая большую печаль на своем исплаканном лице.
– Мало надежды, – сказал князь.
– А мне так хотелось еще раз поблагодарить дядю за все его благодеяния и мне и Боре. C'est son filleuil, [Это его крестник,] – прибавила она таким тоном, как будто это известие должно было крайне обрадовать князя Василия.
Князь Василий задумался и поморщился. Анна Михайловна поняла, что он боялся найти в ней соперницу по завещанию графа Безухого. Она поспешила успокоить его.
– Ежели бы не моя истинная любовь и преданность дяде, – сказала она, с особенною уверенностию и небрежностию выговаривая это слово: – я знаю его характер, благородный, прямой, но ведь одни княжны при нем…Они еще молоды… – Она наклонила голову и прибавила шопотом: – исполнил ли он последний долг, князь? Как драгоценны эти последние минуты! Ведь хуже быть не может; его необходимо приготовить ежели он так плох. Мы, женщины, князь, – она нежно улыбнулась, – всегда знаем, как говорить эти вещи. Необходимо видеть его. Как бы тяжело это ни было для меня, но я привыкла уже страдать.
Князь, видимо, понял, и понял, как и на вечере у Annette Шерер, что от Анны Михайловны трудно отделаться.
– Не было бы тяжело ему это свидание, chere Анна Михайловна, – сказал он. – Подождем до вечера, доктора обещали кризис.
– Но нельзя ждать, князь, в эти минуты. Pensez, il у va du salut de son ame… Ah! c'est terrible, les devoirs d'un chretien… [Подумайте, дело идет о спасения его души! Ах! это ужасно, долг христианина…]
Из внутренних комнат отворилась дверь, и вошла одна из княжен племянниц графа, с угрюмым и холодным лицом и поразительно несоразмерною по ногам длинною талией.
Князь Василий обернулся к ней.
– Ну, что он?
– Всё то же. И как вы хотите, этот шум… – сказала княжна, оглядывая Анну Михайловну, как незнакомую.
– Ah, chere, je ne vous reconnaissais pas, [Ах, милая, я не узнала вас,] – с счастливою улыбкой сказала Анна Михайловна, легкою иноходью подходя к племяннице графа. – Je viens d'arriver et je suis a vous pour vous aider a soigner mon oncle . J`imagine, combien vous avez souffert, [Я приехала помогать вам ходить за дядюшкой. Воображаю, как вы настрадались,] – прибавила она, с участием закатывая глаза.
Княжна ничего не ответила, даже не улыбнулась и тотчас же вышла. Анна Михайловна сняла перчатки и в завоеванной позиции расположилась на кресле, пригласив князя Василья сесть подле себя.
– Борис! – сказала она сыну и улыбнулась, – я пройду к графу, к дяде, а ты поди к Пьеру, mon ami, покаместь, да не забудь передать ему приглашение от Ростовых. Они зовут его обедать. Я думаю, он не поедет? – обратилась она к князю.
– Напротив, – сказал князь, видимо сделавшийся не в духе. – Je serais tres content si vous me debarrassez de ce jeune homme… [Я был бы очень рад, если бы вы меня избавили от этого молодого человека…] Сидит тут. Граф ни разу не спросил про него.
Он пожал плечами. Официант повел молодого человека вниз и вверх по другой лестнице к Петру Кирилловичу.


Пьер так и не успел выбрать себе карьеры в Петербурге и, действительно, был выслан в Москву за буйство. История, которую рассказывали у графа Ростова, была справедлива. Пьер участвовал в связываньи квартального с медведем. Он приехал несколько дней тому назад и остановился, как всегда, в доме своего отца. Хотя он и предполагал, что история его уже известна в Москве, и что дамы, окружающие его отца, всегда недоброжелательные к нему, воспользуются этим случаем, чтобы раздражить графа, он всё таки в день приезда пошел на половину отца. Войдя в гостиную, обычное местопребывание княжен, он поздоровался с дамами, сидевшими за пяльцами и за книгой, которую вслух читала одна из них. Их было три. Старшая, чистоплотная, с длинною талией, строгая девица, та самая, которая выходила к Анне Михайловне, читала; младшие, обе румяные и хорошенькие, отличавшиеся друг от друга только тем, что у одной была родинка над губой, очень красившая ее, шили в пяльцах. Пьер был встречен как мертвец или зачумленный. Старшая княжна прервала чтение и молча посмотрела на него испуганными глазами; младшая, без родинки, приняла точно такое же выражение; самая меньшая, с родинкой, веселого и смешливого характера, нагнулась к пяльцам, чтобы скрыть улыбку, вызванную, вероятно, предстоящею сценой, забавность которой она предвидела. Она притянула вниз шерстинку и нагнулась, будто разбирая узоры и едва удерживаясь от смеха.
– Bonjour, ma cousine, – сказал Пьер. – Vous ne me гесоnnaissez pas? [Здравствуйте, кузина. Вы меня не узнаете?]
– Я слишком хорошо вас узнаю, слишком хорошо.
– Как здоровье графа? Могу я видеть его? – спросил Пьер неловко, как всегда, но не смущаясь.
– Граф страдает и физически и нравственно, и, кажется, вы позаботились о том, чтобы причинить ему побольше нравственных страданий.
– Могу я видеть графа? – повторил Пьер.
– Гм!.. Ежели вы хотите убить его, совсем убить, то можете видеть. Ольга, поди посмотри, готов ли бульон для дяденьки, скоро время, – прибавила она, показывая этим Пьеру, что они заняты и заняты успокоиваньем его отца, тогда как он, очевидно, занят только расстроиванием.
Ольга вышла. Пьер постоял, посмотрел на сестер и, поклонившись, сказал:
– Так я пойду к себе. Когда можно будет, вы мне скажите.
Он вышел, и звонкий, но негромкий смех сестры с родинкой послышался за ним.
На другой день приехал князь Василий и поместился в доме графа. Он призвал к себе Пьера и сказал ему:
– Mon cher, si vous vous conduisez ici, comme a Petersbourg, vous finirez tres mal; c'est tout ce que je vous dis. [Мой милый, если вы будете вести себя здесь, как в Петербурге, вы кончите очень дурно; больше мне нечего вам сказать.] Граф очень, очень болен: тебе совсем не надо его видеть.
С тех пор Пьера не тревожили, и он целый день проводил один наверху, в своей комнате.
В то время как Борис вошел к нему, Пьер ходил по своей комнате, изредка останавливаясь в углах, делая угрожающие жесты к стене, как будто пронзая невидимого врага шпагой, и строго взглядывая сверх очков и затем вновь начиная свою прогулку, проговаривая неясные слова, пожимая плечами и разводя руками.